铺管船锚泊系统作业安全性分析
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确 的分 析和 预报 显得尤 为重 要 。
铜 鼓航 道 是整个 项 目的难 点之一 ，其 施工难 点 主要有 ：航道 水深 变化大 、路 由有 曲线变 化 、存 在 较 厚 的流泥 层 、施工 时采用 封航 作业 等 ；因此 ，对现 场施 工提 出 了很 高 的要求 ，本文 仅针 对铜鼓 航道 段 布锚 方案进 行铺 管船锚 泊 系统作 业安全 性 分析 。
１ 锚 泊分 析 模 型
锚泊 分析 的～般 流程 是 ： 由船 舶 的水 动 力性 能分析 得到船 舶运 动 Ｒ Ａ Ｏ、质量 矩 阵、附 加质量 矩
阵 、势 流 阻尼 矩 阵、静 水 刚度矩 阵 、波频 载荷 Ｒ Ａ Ｏ 以及平 均漂 移力 载荷 Ｒ Ａ Ｏ；然 后 ，建立 整个锚 泊
系统 模型 ，施 加系 泊缆 的水动力 、风与 流 的环 境载 荷受 力 、环境 条件和 其它 外部 载荷受 力 。整个 锚
由此 可 知 ，随浪 方 向为 ０ ｏ ，迎 浪 方 向为 １ ８ ０ 。 。
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图 ２ 坐标系示意图
１ ． ２ 锚 泊 系统 参数
表 １ 为导缆 孔位 置 。表 ２ 为锚 泊系 统参数 。
表 １ 导 缆 孔 位 置
学术 论 文
（ ａ ）方案 ５ Ｌ Ｉ ＮＥ１ 系泊动态张力 曲线
铺 管船锚泊系统作业 安全性分析
赵 开龙 ，秦 延龙 ，刘振纹 ，关幼耕 ，赵 海 ，唐 涛
（ １ ． 中国石油集 团工程技术研 究院中国石油集 团海洋工程 重点实验室 ，天津 ３ ０ ０ ４ ５ １ ；
２ ． 中国石油集团海洋工程有限公 司海工事业部，青岛 ２ ６ ６ ５ ０ ０ ）
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（ Ｄ 方案 ５ Ｌ Ｉ ＮＥ ８ 系 泊动 态张力 曲线 图５ 铜鼓航道方案 ５各锚缆系泊动态张力 曲线
捅
要
香港支 线海底管道工程是“ 中油海 １ ０ １ ” 铺管船 的首次工程应用，该项 目路 由复杂，航道段水 深变化大。
为了 保证“ 中油海 １ ０ １ ” 铺管船 的安全和管线准确铺设 至管道路 由，采用水 动力软件 ，并基 于三维绕辐射势流
理论 ，结合铺管船在航 道 内铺管作 业移锚 时所 受的风 、浪、流等环境载荷 的作用 ，考虑船舶所受一 阶波频
（ ｂ ）方案 ５ Ｌ Ｉ Ｎ Ｅ ４系泊动态张力 曲线
wk.baidu.com
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（ ｄ ）方案 ５ Ｌ Ｉ Ｎ Ｅ ６系泊动态张力曲线
（ ｃ ）方案 ５ Ｌ Ｉ ＮＥ ５系泊动态张力 曲线
泊系 统分 析过程 分 为静 力分 析和 动力 分析 。静 力 分析考 虑 作用在 船 Ｊ ￣ ｌ ｆ ／ 系 泊缆 上 的风 、流和 漂移 力 的
平均力载荷以及外部载荷， 通常可求得船舶锚泊系统的平均偏移位置和系泊缆张力情况， 并作为下一
步动 力分 析 的运 动起始 状 况 。动 力分 析考 虑 了船舶 、系泊缆 和外部 载荷 的动态 效应 ，计算 得 到船舶 的
５ ４ 卷
增刊 ２
赵 开龙 ，等：铺 管船锚 泊系统 作业 安全性分析
４ ５ ７
位移 和 系泊缆 张 力 的时域 分析结 果 。 图 １ 为 锚泊分 析流 程 图。
图 １ 锚泊 分析 流 程 图
１ ． １ 坐标 系
为 了便 于 描述船 舶运 动及 风 浪流 的方 向 ，引入右 旋坐 标系 （ 见图 ２ ）：
５ ４卷 增 刊 ２ ２ ０ １ ３年 １ １月
中 国 造 船 Ｓ ＨＩ Ｐ ＢＵ Ｉ Ｌ Ｄ Ｉ ＮＧＯＦＣ ＨＩ ＮＡ
Ｖｏ １ ． ５ ４ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ２ ＮＯ Ｖ ． ２ Ｏ １ ３
文章编号 ：１ ０ ０ ０ ． ４ ８ ８ ２ （ ２ ０ １ ３ ） Ｓ ２ ． ０ ４ ５ ６ ． ０ ６
力和波浪慢漂力等外部作用力 ，对铺管船 的锚 泊系统进行 分析；评估 了 船舶锚泊 系统在各种载荷综合作用
下的作 业安全性 ，给 出了不同海况 下铺管船安全作业的包 络曲线，为现场施工提供 了数据参考支持。
关 键 词 ：香港支线；铺管船；锚泊分析
０ 引 言
香港支线是西气东输二线管道工程项 目中的一部分，该项 目 起于深圳大铲岛，经海底敷设至香港
龙鼓滩 ，采用 Ｓ型铺 管船 法进行 铺管 作业 。 由于 管道铺 设线 路较 长 ，路 由穿越 大铲 水道 、铜鼓 航道 、 龙鼓航 道 ３个繁 忙 的重 要航 道 ， 路 由周 围环境 十分 复杂 。 该项 目为“ 中油海 １ ０ １ ” 铺 管船 的首次工 程应
用 ，为确保“ 中油海 １ ０ １ ” 铺 管船 的安全 和管 线准 确铺设 至路 由，对 铺管船 锚 泊系统 的耦合 运动进 行准
本 文采 用水 动力 软件 ，模拟 铺管船 在海 上作 业 时真 实 的受力情 况 ，考虑 风载荷 、流载荷 、波浪载
荷等 因素 以及船 舶与锚 泊 系统之 间 的耦 合运 动 ，针对 不 同布锚 方案按 照各工 况分 别计算 ，得 到了在 不
同方 向环境 载荷 作用下 、各 工况 中 的锚链 承 受 的最 大静态 张 力和动 态张 力 ，进 而进 行强度 校核 ，并 绘 制 了其 安 全作业 的包络 曲线 ，为现 场施 工提 供 了数 据参考 支 持 。
空间固定坐标系 Ｏ ｙ Ｚ ，原点位于艉垂线与基线的交点； 轴沿船长方 向，船艏方向为正；ｙ
轴沿 船 宽方 向 ，左 舷方 向为 正 ；ｚ轴 沿 型深方 向， 向上 为正 。 风浪 流 的方 向指 的是其 传播 方 向 ，风浪流 方 向角是 指风 浪流 传播方 向与 轴 逆 时针方 向的夹 角 。
铜 鼓航 道 是整个 项 目的难 点之一 ，其 施工难 点 主要有 ：航道 水深 变化大 、路 由有 曲线变 化 、存 在 较 厚 的流泥 层 、施工 时采用 封航 作业 等 ；因此 ，对现 场施 工提 出 了很 高 的要求 ，本文 仅针 对铜鼓 航道 段 布锚 方案进 行铺 管船锚 泊 系统作 业安全 性 分析 。
１ 锚 泊分 析 模 型
锚泊 分析 的～般 流程 是 ： 由船 舶 的水 动 力性 能分析 得到船 舶运 动 Ｒ Ａ Ｏ、质量 矩 阵、附 加质量 矩
阵 、势 流 阻尼 矩 阵、静 水 刚度矩 阵 、波频 载荷 Ｒ Ａ Ｏ 以及平 均漂 移力 载荷 Ｒ Ａ Ｏ；然 后 ，建立 整个锚 泊
系统 模型 ，施 加系 泊缆 的水动力 、风与 流 的环 境载 荷受 力 、环境 条件和 其它 外部 载荷受 力 。整个 锚
由此 可 知 ，随浪 方 向为 ０ ｏ ，迎 浪 方 向为 １ ８ ０ 。 。
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图 ２ 坐标系示意图
１ ． ２ 锚 泊 系统 参数
表 １ 为导缆 孔位 置 。表 ２ 为锚 泊系 统参数 。
表 １ 导 缆 孔 位 置
学术 论 文
（ ａ ）方案 ５ Ｌ Ｉ ＮＥ１ 系泊动态张力 曲线
铺 管船锚泊系统作业 安全性分析
赵 开龙 ，秦 延龙 ，刘振纹 ，关幼耕 ，赵 海 ，唐 涛
（ １ ． 中国石油集 团工程技术研 究院中国石油集 团海洋工程 重点实验室 ，天津 ３ ０ ０ ４ ５ １ ；
２ ． 中国石油集团海洋工程有限公 司海工事业部，青岛 ２ ６ ６ ５ ０ ０ ）
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（ Ｄ 方案 ５ Ｌ Ｉ ＮＥ ８ 系 泊动 态张力 曲线 图５ 铜鼓航道方案 ５各锚缆系泊动态张力 曲线
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要
香港支 线海底管道工程是“ 中油海 １ ０ １ ” 铺管船 的首次工程应用，该项 目路 由复杂，航道段水 深变化大。
为了 保证“ 中油海 １ ０ １ ” 铺管船 的安全和管线准确铺设 至管道路 由，采用水 动力软件 ，并基 于三维绕辐射势流
理论 ，结合铺管船在航 道 内铺管作 业移锚 时所 受的风 、浪、流等环境载荷 的作用 ，考虑船舶所受一 阶波频
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（ ｃ ）方案 ５ Ｌ Ｉ ＮＥ ５系泊动态张力 曲线
泊系 统分 析过程 分 为静 力分 析和 动力 分析 。静 力 分析考 虑 作用在 船 Ｊ ￣ ｌ ｆ ／ 系 泊缆 上 的风 、流和 漂移 力 的
平均力载荷以及外部载荷， 通常可求得船舶锚泊系统的平均偏移位置和系泊缆张力情况， 并作为下一
步动 力分 析 的运 动起始 状 况 。动 力分 析考 虑 了船舶 、系泊缆 和外部 载荷 的动态 效应 ，计算 得 到船舶 的
５ ４ 卷
增刊 ２
赵 开龙 ，等：铺 管船锚 泊系统 作业 安全性分析
４ ５ ７
位移 和 系泊缆 张 力 的时域 分析结 果 。 图 １ 为 锚泊分 析流 程 图。
图 １ 锚泊 分析 流 程 图
１ ． １ 坐标 系
为 了便 于 描述船 舶运 动及 风 浪流 的方 向 ，引入右 旋坐 标系 （ 见图 ２ ）：
５ ４卷 增 刊 ２ ２ ０ １ ３年 １ １月
中 国 造 船 Ｓ ＨＩ Ｐ ＢＵ Ｉ Ｌ Ｄ Ｉ ＮＧＯＦＣ ＨＩ ＮＡ
Ｖｏ １ ． ５ ４ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ２ ＮＯ Ｖ ． ２ Ｏ １ ３
文章编号 ：１ ０ ０ ０ ． ４ ８ ８ ２ （ ２ ０ １ ３ ） Ｓ ２ ． ０ ４ ５ ６ ． ０ ６
力和波浪慢漂力等外部作用力 ，对铺管船 的锚 泊系统进行 分析；评估 了 船舶锚泊 系统在各种载荷综合作用
下的作 业安全性 ，给 出了不同海况 下铺管船安全作业的包 络曲线，为现场施工提供 了数据参考支持。
关 键 词 ：香港支线；铺管船；锚泊分析
０ 引 言
香港支线是西气东输二线管道工程项 目中的一部分，该项 目 起于深圳大铲岛，经海底敷设至香港
龙鼓滩 ，采用 Ｓ型铺 管船 法进行 铺管 作业 。 由于 管道铺 设线 路较 长 ，路 由穿越 大铲 水道 、铜鼓 航道 、 龙鼓航 道 ３个繁 忙 的重 要航 道 ， 路 由周 围环境 十分 复杂 。 该项 目为“ 中油海 １ ０ １ ” 铺 管船 的首次工 程应
用 ，为确保“ 中油海 １ ０ １ ” 铺 管船 的安全 和管 线准 确铺设 至路 由，对 铺管船 锚 泊系统 的耦合 运动进 行准
本 文采 用水 动力 软件 ，模拟 铺管船 在海 上作 业 时真 实 的受力情 况 ，考虑 风载荷 、流载荷 、波浪载
荷等 因素 以及船 舶与锚 泊 系统之 间 的耦 合运 动 ，针对 不 同布锚 方案按 照各工 况分 别计算 ，得 到了在 不
同方 向环境 载荷 作用下 、各 工况 中 的锚链 承 受 的最 大静态 张 力和动 态张 力 ，进 而进 行强度 校核 ，并 绘 制 了其 安 全作业 的包络 曲线 ，为现 场施 工提 供 了数 据参考 支 持 。
空间固定坐标系 Ｏ ｙ Ｚ ，原点位于艉垂线与基线的交点； 轴沿船长方 向，船艏方向为正；ｙ
轴沿 船 宽方 向 ，左 舷方 向为 正 ；ｚ轴 沿 型深方 向， 向上 为正 。 风浪 流 的方 向指 的是其 传播 方 向 ，风浪流 方 向角是 指风 浪流 传播方 向与 轴 逆 时针方 向的夹 角 。